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面向空地协同作战的无人机-无人车异构时变编队跟踪控制 被引量:18
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作者 周思全 化永朝 +2 位作者 董希旺 李清东 任章 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2019年第4期54-59,共6页
本文研究了无人机自主伴飞协同侦察技术中的异构集群系统空地协同时变编队跟踪控制问题,要求多无人机与无人车在形成期望时变编队构型的同时,实现对领导者参考轨迹的跟踪。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,并引入代数... 本文研究了无人机自主伴飞协同侦察技术中的异构集群系统空地协同时变编队跟踪控制问题,要求多无人机与无人车在形成期望时变编队构型的同时,实现对领导者参考轨迹的跟踪。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,并引入代数图论概念,建立异构集群系统的协同控制模型。然后,引入虚拟领导者刻画编队整体的运动轨迹,并基于对虚拟领导者状态的分布式观测器,对各无人机-无人车构造分布式编队跟踪控制器。进一步分析异构集群系统实现时变编队跟踪的可行性条件,给出编队跟踪控制器中各参数的选取方法。最后,给出了一个仿真例子来验证所设计控制器的有效性。 展开更多
关键词 异构集群系统 分布式控制 时变编队 跟踪控制 武器协同技术
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多领航者导引无人船集群的分布式时变队形控制 被引量:13
2
作者 吴文涛 古楠 +2 位作者 彭周华 刘陆 王丹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第1期21-30,共10页
[目的]针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。[方法]首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层... [目的]针对含有模型高度不确定性和未知海洋环境扰动的无人船集群,研究多领航者导引的欠驱动无人船(USV)集群的分布式时变队形控制问题。[方法]首先,在运动学层级,基于包含策略和路径操纵原理,设计时变队形分布式制导律;然后,在动力学层级,针对USV航行中存在的模型不确定性以及未知海洋环境扰动,设计基于扩张状态观测器(ESO)的前向速度和艏摇角速度控制律,减小模型不确定性和未知海洋环境扰动带来的影响;最后,进行级联系统稳定性分析和控制器有效性的仿真验证。[结果]研究表明,无人船集群采用的分布式时变编队闭环控制系统输入状态稳定,仿真结果证明了控制方法的有效性。[结论]所提出的控制器可以使无人船集群形成预定的时变编队队形,并跟踪多领航者形成的凸包。 展开更多
关键词 欠驱动无人船 制导和控制律 时变队形控制 多领航者 扩张状态观测器
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异构集群系统分布式自适应输出时变编队跟踪控制 被引量:11
3
作者 田磊 董希旺 +3 位作者 赵启伦 李清东 吕金虎 任章 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2386-2401,共16页
提出了一种能够解决高阶异构集群系统输出时变编队跟踪问题的控制方法.集群系统中的智能体分为领导者和跟随者,领导者和跟随者的动力学模型可以完全不同.跟随者的输出在跟踪领导者输出的同时保持时变编队实现协同运动.考虑了领导者存在... 提出了一种能够解决高阶异构集群系统输出时变编队跟踪问题的控制方法.集群系统中的智能体分为领导者和跟随者,领导者和跟随者的动力学模型可以完全不同.跟随者的输出在跟踪领导者输出的同时保持时变编队实现协同运动.考虑了领导者存在已知或未知控制输入、领导者和跟随者均存在未知扰动、有向通信拓扑存在切换等多种因素并存的情况,结合观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论设计了完全分布式的输出时变编队跟踪控制协议,摆脱了对领导者控制输入上界值、与通信拓扑相关的拉普拉斯矩阵的特征值以及时变编队函数等全局信息的依赖.利用Lyapunov理论证明了在有向拓扑切换条件下异构集群系统的闭环稳定性.最后通过数值仿真对理论结果的有效性进行了验证. 展开更多
关键词 异构集群系统 时变编队跟踪 分布式控制 自适应控制 有向拓扑切换
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具有领导-跟随双层编队的UAV集群跟踪控制
4
作者 张青川 王乐 +1 位作者 席建祥 王成 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2331-2342,共12页
针对具有多个领导者的四旋翼无人机集群,提出领导-跟随双层结构时变编队跟踪控制分析与设计方法。利用无人机局部邻域信息,构造时变编队跟踪控制协议;基于领导-跟随双层编队通信拓扑结构,给出编队中心的显式表达式和编队跟踪的充分条件... 针对具有多个领导者的四旋翼无人机集群,提出领导-跟随双层结构时变编队跟踪控制分析与设计方法。利用无人机局部邻域信息,构造时变编队跟踪控制协议;基于领导-跟随双层编队通信拓扑结构,给出编队中心的显式表达式和编队跟踪的充分条件;通过构造并求解代数Riccati方程,提出一种领导-跟随双层结构编队跟踪控制协议的设计方法;利用四旋翼无人机集群飞行平台开展领导-跟随双层结构编队跟踪飞行实验。结果表明:所设计的领导-跟随双层结构编队跟踪控制协议可以驱使具有多个领导者的四旋翼无人机集群系统形成期望的领导-跟随双层编队结构,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 领导-跟随双层编队结构 时变编队控制 编队跟踪 四旋翼无人机 分布式
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输入饱和下水面舰艇的时变编队控制
5
作者 梁煜祺 李健 《烟台大学学报(自然科学与工程版)》 CAS 2024年第2期230-239,共10页
在多艘水面舰艇编队控制中,为了弥补较强的不确定性,并降低控制器对系统信号的测量负担,提出水面舰艇编队的时变控制设计方案。首先,通过引入光滑函数来处理饱和约束,同时通过构造含有时变增益的状态变换,将原系统的跟踪控制问题转化为... 在多艘水面舰艇编队控制中,为了弥补较强的不确定性,并降低控制器对系统信号的测量负担,提出水面舰艇编队的时变控制设计方案。首先,通过引入光滑函数来处理饱和约束,同时通过构造含有时变增益的状态变换,将原系统的跟踪控制问题转化为一个新的时变系统的镇定问题。然后,结合向量反推控制设计方法,给出时变反馈控制器的显式形式,保证闭环系统所有信号都有界且所有跟随船以期望的时变编队队形渐近跟踪到领导船。最后,仿真算例验证理论结果的有效性。 展开更多
关键词 时变编队控制 不确定性 输入饱和 时变反馈
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基于状态观测器的多四旋翼无人机时变编队控制 被引量:2
6
作者 于雅静 郭健 +3 位作者 王荣浩 秦伟 宋明武 向峥嵘 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期871-882,共12页
针对有向切换通信网络下多四旋翼无人机系统存在的部分信息不可测问题,基于神经网络状态观测器方法,提出了分布式自适应滑模时变编队控制方案。首先,通过设计分布式时变编队控制协议,使无人机仅需邻居状态信息便可实现通信,摆脱了对全... 针对有向切换通信网络下多四旋翼无人机系统存在的部分信息不可测问题,基于神经网络状态观测器方法,提出了分布式自适应滑模时变编队控制方案。首先,通过设计分布式时变编队控制协议,使无人机仅需邻居状态信息便可实现通信,摆脱了对全局信息的依赖。其次,由于欠驱动特性的存在,设计了位置辅助控制器,解算出姿态目标信息和控制推力。同时,通过设计神经网络状态观测器,对系统不可测信息进行观测,并将观测值反馈到自适应滑模控制器中,提高了无人机系统的鲁棒性。最后,通过Lyapunov定理对四旋翼无人机编队系统进行分析,证明了多无人机编队追踪误差有界且可收敛到零点邻域内。仿真结果表明,本文控制方法可以使多无人机系统实现时变编队控制,验证了理论结果的有效性。 展开更多
关键词 无人机系统 有向切换通信网络 神经网络状态观测器 时变编队控制 自适应滑模控制
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切换拓扑下异构集群的强化学习时变编队控制
7
作者 杨加秀 李新凯 +1 位作者 张宏立 王昊 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期243-259,共17页
针对系统模型动态不确定的高阶异构无人集群系统在切换通信拓扑下的时变编队控制问题,提出一种基于积分强化学习的最优分布式分层编队控制方法。结合时变编队切换向量构建多四旋翼无人机系统与多无人车系统的增广系统,将异构集群系统的... 针对系统模型动态不确定的高阶异构无人集群系统在切换通信拓扑下的时变编队控制问题,提出一种基于积分强化学习的最优分布式分层编队控制方法。结合时变编队切换向量构建多四旋翼无人机系统与多无人车系统的增广系统,将异构集群系统的时变编队控制问题转化为镇定问题。引入带折扣因子的价值函数,将异构集群系统的镇定问题转化为最优控制问题。在不破坏一致性分布式编队控制协议的基础上,仅替换反馈增益参数并对其进行取平均操作,以得到整个异构集群的最优时变编队切换控制协议。利用单网络“动作网络-评价网络”结构,结合积分强化学习算法和分布式控制方法,在线实时更新分布式时变编队切换控制器的反馈增益。通过理论证明和仿真实验验证了所设计控制方案的有效性和优越性。 展开更多
关键词 积分强化学习 异构集群 时变编队控制 分布式控制 切换拓扑 最优控制
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Leader-following多自主体系统时变编队跟踪控制 被引量:1
8
作者 韩娜妮 赵莉 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第2期88-95,共8页
考虑时变时延,研究了高阶leader-following多自主体系统的分布式时变编队跟踪控制问题.针对连续高阶多自主体系统,设计了基于观测器的时变编队跟踪控制协议,通过状态变换,将系统的时变编队跟踪控制问题,转变为误差系统的稳定性问题.然... 考虑时变时延,研究了高阶leader-following多自主体系统的分布式时变编队跟踪控制问题.针对连续高阶多自主体系统,设计了基于观测器的时变编队跟踪控制协议,通过状态变换,将系统的时变编队跟踪控制问题,转变为误差系统的稳定性问题.然后利用图论及李雅普诺夫稳定定理,研究了系统实现时变编队跟踪控制的充分条件,并且指出时变编队参考函数与时变时延无关.最后,数据仿真结果证明了所设计的协议能使follower自主体实现时变编队,并且跟踪leader自主体的轨迹. 展开更多
关键词 leader-following多自主体系统 时变编队 跟踪控制 编队参考函数
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DoS攻击下多智能体系统的事件触发编队控制
9
作者 王婕 王鼎华 +1 位作者 吴彤 杨德东 《系统科学与数学》 CSCD 北大核心 2023年第11期2727-2739,共13页
文章研究了拒绝服务(DoS)攻击情况下多智能体系统基于事件触发的编队控制问题.首先,基于系统状态构造了一种滑模编队控制算法,有效地克服外部干扰并实现时变编队.为了避免控制资源浪费,将事件触发策略应用于多智能体系统的编队控制中,... 文章研究了拒绝服务(DoS)攻击情况下多智能体系统基于事件触发的编队控制问题.首先,基于系统状态构造了一种滑模编队控制算法,有效地克服外部干扰并实现时变编队.为了避免控制资源浪费,将事件触发策略应用于多智能体系统的编队控制中,并对奇诺(Zeno)现象的避免进行了详细的分析.假设DoS攻击是周期性发生的,针对具有DoS攻击的多智能体系统,提出了一种改进的触发机制,使其仍然能完成编队控制任务,并通过Lyapunov函数法和归纳法证明了控制系统的稳定性.最后,仿真结果验证了该方案的有效性. 展开更多
关键词 多智能体系统 时变编队 事件触发控制 滑模控制 拒绝服务(DoS)攻击
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联合连通有向切换拓扑条件下无人机集群鲁棒编队控制
10
作者 康宇航 毛凯 +3 位作者 程俊 罗德林 刘伟 王士星 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期2115-2126,共12页
针对联合连通有向切换拓扑网络条件下存在外界扰动的无人机集群鲁棒时变编队与轨迹跟踪控制问题进行了研究.首先,依据无人机真实飞行状态信息、期望队形信息与需要跟踪的轨迹信息之间的误差,以及联合连通通信拓扑网络条件下能够相互通... 针对联合连通有向切换拓扑网络条件下存在外界扰动的无人机集群鲁棒时变编队与轨迹跟踪控制问题进行了研究.首先,依据无人机真实飞行状态信息、期望队形信息与需要跟踪的轨迹信息之间的误差,以及联合连通通信拓扑网络条件下能够相互通信无人机期望飞行状态与实际飞行状态之间误差信息设计出了无人机集群系统的编队控制方法.然后通过一类特殊的矩阵分解将集群系统时变编队与轨迹跟踪控制问题转换成联合连通快速时间平均系统的渐近稳定控制问题,进一步提出了系统渐近稳定的充分条件,并通过建立的分段连续Lyapunov泛函进行了证明.最后仿真结果验证了本文所提方法能够实现联合连通有向切换拓扑网络条件下无人机集群的时变编队与轨迹跟踪控制飞行. 展开更多
关键词 无人机集群 时变编队 轨迹跟踪 联合连通 鲁棒控制
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高阶多自主体系统的H_(∞)时变编队跟踪控制
11
作者 寇元哲 韩娜妮 《宁夏大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第3期265-271,共7页
针对多leader自主体的高阶连续多自主体系统,研究了H_(∞)时变编队跟踪控制问题.首先,假设系统存在时变时延和外界干扰,利用邻接信息设计了分布式时变编队跟踪控制协议.其次,在拓扑满足一定条件时,根据Lyapunov-Krasovskii函数给出了系... 针对多leader自主体的高阶连续多自主体系统,研究了H_(∞)时变编队跟踪控制问题.首先,假设系统存在时变时延和外界干扰,利用邻接信息设计了分布式时变编队跟踪控制协议.其次,在拓扑满足一定条件时,根据Lyapunov-Krasovskii函数给出了系统实现H_(∞)时变编队跟踪目标的充分条件,并且以LMI的形式给出了控制协议增益矩阵的具体形式.最后,针对由4个follower自主体和2个leader自主体组成的多自主体网络进行了数据仿真.仿真结果表明,当系统存在时变时延和外界干扰时,follower自主体在所设计协议的作用下可实现时变编队,并且跟踪leader自主体状态的凸组合,同时满足H_(∞)性能指标要求. 展开更多
关键词 leader-following多自主体系统 时变编队 跟踪控制 H_(∞)性能指标
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无人集群系统时变编队H_(∞)控制 被引量:2
12
作者 康宇航 戴洪德 +3 位作者 祁亚辉 张邦楚 刘玄冰 程俊 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期271-280,共10页
针对有向通信拓扑网络下具有通信时滞与外部干扰的无人集群系统(AUSS)时变编队H_(∞)控制问题进行了研究。首先,基于AUSS期望编队构型信息、无人机(UAV)实时状态信息以及通信UAV之间带通信时滞的状态误差信息提出了AUSS的编队控制方法,... 针对有向通信拓扑网络下具有通信时滞与外部干扰的无人集群系统(AUSS)时变编队H_(∞)控制问题进行了研究。首先,基于AUSS期望编队构型信息、无人机(UAV)实时状态信息以及通信UAV之间带通信时滞的状态误差信息提出了AUSS的编队控制方法,通过变量替换将AUSS的编队控制问题转换成低维闭环系统的渐近稳定问题,并以线性矩阵不等式(LMI)形式给出了系统稳定的充分条件与最大允许通信时滞的计算公式。其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函,证明了存在通信时滞与外部干扰条件下AUSS能够实现时变编队。最后,通过数值仿真验证所设计方法的准确性与有效性。 展开更多
关键词 无人集群系统(AUSS) 时变编队 通信时滞 外部干扰 H_(∞)控制
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无人机集群时变编队控制方法仿真
13
作者 王波 陈小庆 《计算机仿真》 北大核心 2022年第10期40-43,238,共5页
为解决多架无人机编队精准路径规划问题,提出基于势函数的无人机集群时变编队控制方法。在二维引力场中加入虚拟引力场,利用无人机引力与斥力势函数,分别构建引力场与斥力场,计算三维空间内势能总和;在大地与机体坐标系下,选用欧拉角构... 为解决多架无人机编队精准路径规划问题,提出基于势函数的无人机集群时变编队控制方法。在二维引力场中加入虚拟引力场,利用无人机引力与斥力势函数,分别构建引力场与斥力场,计算三维空间内势能总和;在大地与机体坐标系下,选用欧拉角构建无人机动力学模型,获取飞行特征,有利于编队过程中有效躲避障碍物;利用有向图描述机群间通信状况,得到通信拓扑系统方程,采用比例-积分控制算法分别计算无人机集群的飞行速度、航向、高度与期望值之间误差,通过设置不同控制器实现时变编队控制。仿真结果证明,上述方法能够精准切换期望队形,控制性能稳定,且具备良好的通信能力。 展开更多
关键词 势函数 无人机 集群系统 时变编队控制 比例-积分控制
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Time-varying formation for general linear multi-agent systems via distributed event-triggered control under switching topologies
14
作者 Jin-Huan Wang Yu-Ling Xu +1 位作者 Jian Zhang De-Dong Yang 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期228-235,共8页
This paper investigates the time-varying formation problem for general linear multi-agent systems using distributed event-triggered control strategy.Different from the previous works,to achieve the desired time-varyin... This paper investigates the time-varying formation problem for general linear multi-agent systems using distributed event-triggered control strategy.Different from the previous works,to achieve the desired time-varying formation,a distributed control scheme is designed in an event-triggered way,in which for each agent the controller is triggered only at its own event times.The interaction topology among agents is assumed to be switching.The common Lyapunov function as well as Riccati inequality is applied to solve the time-varying formation problem.Moreover,the Zeno behavior of triggering time sequences can be excluded for each agent.Finally,a simulation example is presented to illustrate the effectiveness of the theoretical results. 展开更多
关键词 multi-agent systems time-varying formation switching topologies event-triggered control
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基于时变编队控制的有人-无人集群协同飞行策略 被引量:2
15
作者 田磊 王晓东 +2 位作者 董希旺 化永朝 任章 《指挥与控制学报》 CSCD 2022年第1期57-63,共7页
提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的有人-无人集群系统协同飞行策略.在该策略中,预警机、五代机等高价值有人作战单元担任领航者,多架低成本无人机担任跟踪者.低成本无人机可以由高价值有人作战单元在适当时机布撒后伴飞.策略... 提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的有人-无人集群系统协同飞行策略.在该策略中,预警机、五代机等高价值有人作战单元担任领航者,多架低成本无人机担任跟踪者.低成本无人机可以由高价值有人作战单元在适当时机布撒后伴飞.策略的核心是使低成本的无人机始终处于我方高价值有人作战单元与敌方来袭导弹的视线轴上,承担被击落的风险,起到干扰、诱骗等作用,充当我方高价值有人作战单元的“忠诚僚机”.基于有限时间控制理论、观测器理论、自适应控制理论,给出了无人机在自身存在未知扰动且有人作战单元存在未知机动情况下能够实现该策略的分布式控制协议,并利用李雅普诺夫理论对协议的有效性进行了证明.最后通过数值仿真算例对理论结果进行了验证. 展开更多
关键词 分布式时变编队跟踪 有人 - 无人集群系统 有限时间控制 未知扰动 自适应控制协议
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异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制 被引量:12
16
作者 田磊 赵启伦 +2 位作者 董希旺 李清东 任章 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期295-306,共12页
空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成... 空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。 展开更多
关键词 空地协同控制 高阶异构多智能体系统 分组输出时变编队跟踪 滑模控制 观测器理论
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